XXVI ENTMME
ESTUDO DA LIBERAçÃO DO MINéRIO MAGNETITICO DE PEÑA COLORADA NO MéXICO
GUIMARÃES, F.A.V. 1 BARBOSA, M. G. 2, ARAUJO, A.C.3, LACOSTE, M.4
1Senior Research Engineer, M.Sc., ArcelorMittal Mining,
[email protected]
2Research Engineer, ArcelorMittal Mining,
[email protected]
3Head of Mining R&D, Dr, ArcelorMittal Mining,
[email protected]
4Research Engineer, ArcelorMittal Mining,
[email protected]
RESUMO
Em um cenário cada vez mais desafiador para a indústria mineral, faz-se necessário estudar alternativas que otimizem os desempenhos dos diversos processos, diminuindo seus custos. Dentro deste mesmo contexto, um grande diferenciador é a qualidade química e física do produto final. No caso de Peña Colorada, foi identificado que mesmo após diversas e longas etapas de moagem, o material continuava apresentando problemas relativos à liberação, o que levava a concentrados com qualidade inferior à esperada e dificultava o processo de concentração, tornando ainda mais complicada a tomada de decisões. Foram realizados diversos testes comparativos com a utilização de métodos de análise como a microscopia ótica e eletrônica de varredura (SEM), além de estudos de moagem e concentração em escala de bancada e piloto. O presente trabalho apresenta o estudo realizado pelo Centro de Pesquisas da ArcelorMittal localizado em Maizières-lès-Metz, na França, para se determinar o grau de liberação do material e as possíveis causas de problemas na concentração do mesmo.
PALAVRAS-CHAVE: liberação; minério de ferro; concentrado.
STUDY OF THE LIBERATION OF THE MAGNETITIC ORE FROM PEÑA COLORADA, MéXICO
ABSTRACT
In a scenario each day more deifier for the mining industry, it's really necessary to study alternatives witch will optimize several process, decreasing costs. Inside this same context, a great difference is the physical and chemical quality of the ore produced. In Peña Colorada's case, it was identified that even after several steps of grinding the material still present problems of liberation, which resulted in final products with quality inferior than expected and make more difficulty the concentration process, becoming more complicated strategically decisions. Several tests were performed for comparison using methods such as optical microscopy and SEM (Scanning Electron Microscopy), beside the studies of grinding, pilot and bench scale concentration tests. The present work shows the study accomplished by the Maizières Research Center, from ARCELORMITTAL in France, in order to determinate the liberation degree of the ore and the most probable causes for the concentration issues.
KEYWORDS: liberation, iron ore, concentrate
1. INTRODUÇÃO
Peña Colorada é uma mina de minério de ferro localizada na costa oeste do México, no estado de Colima. Sua produção anual é de aproximadamente 5 milhões de toneladas de minério de ferro.
A geologia de Peña Colorada compreende, em sua maioria minérios compostos principalmente de magnetira, provenientes de formações massivas e disseminadas datadas do período cretáceo (Corona-Esquivel e Henriques, 2004) que são blendadas e alimentam a planta de beneficiamento com separadores magnéticos. O produto final dessa separação é um minério de altíssima qualidade (aproximadamente 68% Fe) que alimentará a pelotização através de um mineroduto de 46 km de comprimento, gerando assim uma produção anual de pelotas de aproximadamente 4 milhões de toneladas. O restante da produção é oferecido ao mercado.
Em um futuro próximo, o corpo massivo de Peña Colorada irá se exaurir, e o desafio enfrentado pela equipe de desenvolvimento e pesquisa é manter a produção, em termos de quantidade e qualidade do produto final apenas com o minério disseminado e sem alterações significativas no processo. Através de estudos anteriores, as propriedades magnéticas do material de Peña são bem conhecidas (Alva-Valdivia et al., 2000).
No entanto, a qualidade tem se mostrado um desafio para a equipe envolvida no estudo, pois apesar de se dispender quantidades enormes de energia para moer o material, estudos em escala de bancada tem se mostrado ineficiêntes para atingir o mesmo percentual de ferro no produto final que o concentrado atual.
O presente trabalho apresenta o estudo realizado para se determinar o grau de liberação do minério de Peña Colorada, sendo essa a possível razão da dificuldade de se atingir a qualidade desejada no produto final.
2. MATERIAL E MÉTODOS
Um dos objetivos do trabalho é determinar a rota de processo para o minério disseminado sem grandes alterações no circuito atual, que é apresentado esquematicamente na figura 1.
Como o principal mineral-minério de Peña Colorada é a magnetíta, sua principal forma de separação e concentração se dá através de separadores magnéticos de baixa intensidade, variando de 600 a 1200 Gauss a intensidade do campo magnético de cada tambor em três estágios de separação, rougher, cleaner e recleaner.
Foram coletadas amostras do minério disseminado aqui denominado "Future Crude Ore" ou simplesmente FCO, do minério massivo chamado de "Current Crude Ore" ou CCO e amostras do concentrado produzido atualmente na planta de beneficiamento, que foi nomeado de "Current Concentrate" ou simplesmente CC.
A primeira atividade foi realizar uma amostragem e enviar para análise química para confirmar a qualidade dos materiais enviados. Foi utilizado o divisor de fendas para dividir a amostra após homogeneização em pilhas cônicas. A composição química de cada amostra encontra-se na tabela 1, que mostra a diferença entre o material proveniente do corpo massivo e do corpo disseminado. Esta diferença é relativamente pequena comparando-se as características químicas.
Figura 1 – Fluxograma simplificado de Peña Colorada
Tabela 1 – Análise Química das amostras recebidas de Peña Colorada.
Um estudo de liberação foi realizado através de microscopia ótica nos materiais referidos. Através de um moinho de bolas, aproximadamente um quilo de cada material foi moído até atingir a total liberação das partículas, os parâmetros de moagem se encontram na tabela 2. A distribuição granulométrica dos produtos dessas moagens foi obtida através da utilização de um analisador granulométrico por difração à laser. Peneiras e também o cyclosizer foram utilizados para se realizar a distribuição granulométrica das amostras estudadas.
Uma análise realizada no Tubo Davis indicou o padrão e o máximo de recuperação que poderia ser atingida através da separação magnética e a flotação, uma com a intenção de remover os sulfetos presentes no concentrado magnetítico e outra para a remoção de silicatos. Esta última foi colocada como opcional para atingir os valores de sílica e ferro determinados no projeto.
Uma análise através de microscopia ótica e também de varredura eletrônica foi realizada para determinar o grau de liberação do material. O produto da moagem de bolas foi levado ao moinho de panela com o objetivo de extrapolar os tempos de moagem e reduzir os tamanhos de partículas à valores extremamente baixos. Os materiais moídos foram levados novamente ao Tubo Davis para análise das amostras e determinação das diferenças de teor do produto da separação magnética.
Tabela 2 – Parâmetros de Moagem
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Análises granulométricas foram realizadas nas amostras cabeça para o CCO e o FCO. O resultado se encontra no gráfico da figura 2.
Figura 2 – Analise granulométrica das amostras cabeça
A curva de moabilidade determinada nas primeiras etapas de testes determinava um tempo de moagem de aproximadamente 40 minutos no moinho de bolas para se atingir o grau de liberação desejado e um P80 de aproximadamente 53µm, onde acreditava-se obter 100% das partículas liberadas. A curva de moabilidade se encontra na figura 3.
Com este material, foram realizados os testes de concentração na tentativa de atingir o teor obtido atualmente no concentrado em Peña Colorada. No entanto, após duas etapas de separação magnética com o campo de 600G, o material continuava a apresentar problemas de teor e a qualidade esperada para aquela etapa não foi obtida, como pode ser visto na tabela 3.
Tabela 3 - % de Magnetita nos produtos da SM
Figura 3 – Curva de moabilidade FCO
Após as etapas rougher e cleaner de separação magnética, o máximo de magnetita atingido na concentração foi de 84,84%, muito abaixo do esperado para o concentrado de Peña Colorada (a expectativa girava em acima de 92% de magnetita no concentrado). Mesmo depois da flotação de silicatos, o valor máximo atingido foi de 89% de magnetita no concentrado final da flotação de silicatos no material moído a 40 minutos.
Com este cenário, iniciou-se uma rodada de discussões no intuito de determinar o que gerou os resultados obtidos até o momento. A primeira desconfiança recaiu sobre a liberação do material, uma vez que usou-se como referência a granulometria atual para se estabelecer os parâmetros de moagem. Extendeu-se então os tempos de moagem para 60 e 70 minutos e avaliou-se o resultado na granulometria do material. A análise encontra-se na figura 4.
O P80 não apresentou variações significativas com o aumento do tempo de moagem, o que na teoria descredenciaria a liberação como um problema para a concentração, porém os resultados obtidos no Satmagan com o produto dessas moagens apresentou uma interpretação diferente. O Tubo Davis foi realizado variando-se o campo magnético de 600G a 1200G e demonstrou que é possível o aumento do teor de magnetita com o aumento do campo magnético, até um determinado limite.
Figura 4 – P80 em função do tempo de moagem
A relação entre a recuperação e a quantidade de ferro magnético nos testes realizados mostram uma tendência clara de aumento da magnetita no concentrado do Tubo Davis, como mostram as figuras 5(a), 5(b), 5(c) e 5(d), indicando que um campo mais potente também é necessário para aumentar a concentração. Essa relação vale também para a recuperação metalúrgica, gerando um indício bastante positivo de que a solução do problema do teor final esta na liberação das partículas.
(a) (b)
(c) (d)
Figura 5 (a) - RM no Tubo Davis
(b) - % de Magnetita no concentrado do Tubo Davis
(c) - Fe no Concentrado Tubo Davis
(d) – Fe no Rejeito Tubo Davis
No intuito de confirmar o grau de liberação do material futuro de Peña, o produto da separação cleaner magnético foi submetido a uma moagem específica no moinho de panelas, com uma variação de tempo de 5, 10, 15 e 84 segundos. Após esse processo, novamente o material foi submetido ao Satmagan e à análise granulométrica. O resultados encontram-se na figura 6. Esse ensaio foi chamado de liberação indireta.
Figura 6 – Produto do Liberação indireta
Após a comprovação pela liberação indireta, uma análise de liberação no produto final de Peña Colorada foi realizada através da microscopia eletrônica de varredura para obter a resposta a esta pergunta: Por que a liberação das partículas é afetada pelo tempo de moagem mas a distribuição granulométrica permanece praticamente sem grandes mudanças?
O estudo mostrou a diferença entre o concentrado e o rejeito da flotação de silicatos do minério futuro de Peña Colorada. Na figura 7 podemos observar a distribuição de tamanho de partículas no concentrado. Nota-se uma diferença muito grande entre as partículas portadoras de ferro, que são pequenas, e as partículas mistas e de ganga, muito maiores.
A tabela 4 apresenta os resultados do estudo de liberação realizado nos produtos da flotação de silicatos e de sulfetos que foram feitas com o concentrado cleaner da separação magnética em escala de laboratório.
Tabela 4 – Estudo de liberação MEV.
Essa distribuição pode causar diversos efeitos na moabilidade, uma vez que diferentes materiais com diferentes propriedades tem tempos de cominuição diferentes. Os materiais de ganga presentes, tais como a Albita (NaAlSi3O8), a Chamosita ((Fe2+,Mg,Fe3+)5Al(Si3Al)O10(OH,O)8) e o Diopsídio (CaMgSi2O6) estão presentes em todas as etapas do processo.
Figura 7 – Resultado da contagem de grãos no Concentrado da Floação de Silicatos
A liberação estimada em 82% para o concentrado e cerca de 71% nos remete à um grau de liberação de aproximadamente 80% para a alimentação. Tal diferença pode explicar os 2 a 3 pontos percentuais faltantes para atingir a qualidade final do produto.
4. Conclusões
Aumentando-se a energia de moagem é possível atingir teores melhores quando realiza-se a separação magnética com o minério disseminado de Peña Colorada, o que indica problemas de liberação do material, mesmo na granulometria desejada.
As partículas de gangua e mistas são muito maiores do que as partículas portadoras de ferro, fazendo com que o efeito da moagem seja reduzido pelo efeito gravitacional. Este efeito está relacionado ao fato de que aumentando-se o campo magnético, obtém-se aumentos consideráveis de recuperação em massa e uma piora na qualidade do produto. Isto indica que as partículas mistas, que antes eram direcionadas ao rejeito, estão sendo transportadas para o concentrado.
Apesar de estarem cerca de 80% liberadas, os produtos finais ainda sofrem uma grande influência principalmente das partículas mistas presentes, pois devido ao seu tamanho, podem gerar grandes contaminações no produto final.
Um estudo de liberação nos mesmos moldes do apresentado neste trabalho foi iniciado para o concentrado atual para efeitos de comparação.
5. AGRADECIMENTOS
Agradecemos a Ailton Rodrigues Campos e Núbia de Oliveira Bottosso pela contribuição para a execução desse trabalho. O comprometimento e conhecimento de vocês foi fundamental na elaboração deste trabalho.
6. REFERÊNCIAS
Corona-Esquivel, R.; Henriquez, F. (2004), Modelo Magmático del Yacimiento de Hierro Peña Colorada, Colima, y su Relación con la Exploración de otros acimientos de Hierros en México, Boletín 113, ISSN 0185-5530.
L.M. Alva-Valdivia, J. Urrutia-Fucugauchi, A. Goguitchaichvili, D.J. Dunlop (2000), Magnetic mineralogy and properties of the Peña Colorada iron ore deposit, Guerrero Terrane: implications for magnetometric modeling, Journal of South American Earth Sciences 13, pg 415±428
GUIMARÃES, F.A.V. 1, BARBOSA, M. G.2, ARAUJO, A.C.3, LACOSTE, M.4
XXVI Encontro Nacional de Tratamento de Minérios e Metalurgia Extrativa
Poços de Caldas - MG, 18 a 22 de Outubro de 2015
XXVI Encontro Nacional de Tratamento de Minérios e Metalurgia Extrativa
Poços de Caldas - MG, 18 a 22 de Outubro de 2015
P80 X Tempo
Tempo (minutos)
p80 (µm)
Curva de Moabilidade
Tamanho (µm)
% passante acumulado
Amostra Cabeça
Abertura (µm)
% passante acumulada
